Введение к работе
Актуальность работы
Актуальной проблемой машиностроительных отраслей
промышленности является создание энерго- и ресурсосберегающих технологий, а также повышение эксплуатационной надежности узлов и изделий. Для изготовления и сборки сложных по конструкции узлов из материалов различной пористости в настоящее время все шире применяются лазерные технологии, позволяющие повысить надежность эксплуатации изделий и создать предпосылки для снижения веса за счет упрощения конструкции неразъемных соединений.
Вопросам воздействия лазерного излучения на свойства металлических материалов посвящены труды А.Г. Григорьянца, Г.А. Абильсиитова, B.C. Коваленко, Н.Н. Рыкалина, А.А. Углова, А.Н. Сафронова, А.Н. Кокоры, С.А. Астапчика, Л.И. Миркина, А.А. Веденова, Г.Т. Гладуш, B.C. Крапошина, В.М. Андрияхина, М.Ф. Стельмаха, Д.Н. Гуреева, Г.И. Бровер, Г. Кебнера, Г. Эберхардта, В. Аменде, Дж. Рэди и др.
Лазерная сварка является достаточно перспективным направлением сборки узлов и деталей. В таких сварочных соединениях появляется возможность целенаправленной организации микроструктуры сварочной ванны, структурных состояний и получения нового комплекса физико-механических свойств.
В настоящее время лазерная сварка для создания неразъемных соединений из пористых проницаемых листовых материалов применяется весьма ограниченно вследствие недостаточной изученности закономерностей изменения структуры и свойств таких материалов, что сдерживает внедрение высокоэффективных лазерных технологий и разработку рекомендаций прикладного характера.
Работа выполнялась в рамках х/д № 08/1944 «Исследование факторов повышения качества и стабильности свойств изделий для системы жизнеобеспечения космических скафандров» с ОАО «НІШ «Звезда», п. Томилино, Московской области и «Единого Заказ-наряда» Министерства образования и науки РФ «Разработка фундаментальных основ создания новых металлических, неметаллических и композиционных материалов» р/н №1.2.09
Цель работы
Обеспечение высокого уровня стабильности эксплуатационных свойств неразъемных соединений из коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т и никелевого проницаемого проката пористостью 35-38% в условиях космического пространства за счет использования высокоэнергетической лазерной обработки в непрерывном режиме излучения.
Для реализации поставленной цели в диссертационной работе решались следующие задачи:
1. Исследование воздействия лазерного излучения на компактную коррозионно-стойкую сталь 12Х18Н10Т и никелевые пористые проницаемые материалы с пористостью 35-38% и производство изделий из таких материалов.
Исследование влияния структуры на физико-механические свойства в области совместной и раздельной обработки излучением СОг - лазера коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т и прокатов из карбонильного и электролитического порошка никеля пористостью 35-38%.
Разработка физической качественной модели структурообразования в зоне совместной и раздельной обработки компактной коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т и прокатов из карбонильного и электролитического порошка никеля пористостью 35-38% непрерывным излучением СОг -лазера;
Разработка математической модели сварки тонких листов встык мощным сосредоточенным источником тепла на основе модифицированной функции Бесселя от мнимого аргумента второго рода нулевого порядка, как для компактных, так и для пористых материалов;
Разработка и внедрение технологического процесса совместной и раздельной обработки излучением СОг - лазера компактной коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т и проката из карбонильного и электролитического порошка никеля пористостью 35-38% для изготовления изделий работающих в открытом космосе.
Научная новизна
1. Выявлены закономерности формирования микроструктуры в зоне
совместной и раздельной обработки излучением СОг - лазера компактной
коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т и пористых проницаемых прокатов
из карбонильного и электролитического никеля пористостью 35-38%.
2. Установлены закономерности изменения физико-механических
свойств после совместной и раздельной обработки компактной коррозионно-
стойкой стали 12Х18Н10Т и проницаемых прокатов из карбонильного и
электролитического порошка никеля пористостью до 35-38% излучением
СОг - лазера.
3. Для описания температурного поля с использованием
математической модели на основе функции Бесселя от мнимого аргумента
второго рода нулевого порядка определены необходимые значения
эффективного КПД, определяющие тепловой вклад в процессе лазерной
обработки для коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т и пористого
проницаемого никелевого проката из карбонильного и электролитического
порошка пористостью 35-38%.
Практическая значимость работы
Разработаны рекомендации по выбору режимов лазерной обработки никелевых пористых проницаемых листовых материалов пористостью 35-38% на основании проведенных исследований.
Разработаны рекомендации по выбору режимов для совместной лазерной обработки компактной коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т и никелевых пористых проницаемых листовых материалов пористостью 35-38% с учетом проведенных исследований.
Разработана расчетная программа «Isoterms», позволяющая определять температурные поля при лазерной обработке листовой
компактной коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т и прокатов из карбонильного и электролитического порошка никеля пористостью 35-38%, и на основании этих данных определять технологические параметры лазерной обработки с учетом теплофизических свойств используемых материалов;
Разработан технологический процесс совместной и раздельной обработки излучением СОг - лазера листовой компактной коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т и проката из карбонильного и электролитического порошка никеля пористостью 35-38%. Для реализации нового технологического процесса разработана конструкция специальной технологической оснастки, патент на полезную модель №90792 от 20 января 2010;
Материалы исследований в виде разработанной в рамках настоящей диссертации технологии прошли апробирование на ОАО «НІШ Звезда» в производстве особо ответственных изделий для узлов теплообменника-сублиматора космических скафандров серии «Орлан».
Результаты работы внедрены в учебный процесс на кафедре «Материаловедение и технология новых материалов» НГТУ им. Р.Е. Алексеева в дисциплине «Технология материалов и покрытий».
Основные положения, выносимые на защиту
Закономерности формирования микроструктуры в зоне лазерного облучения листовых пористых проницаемых материалов из карбонильного, электролитического порошка никеля пористостью 35-38%.
Закономерности формирования микроструктуры в зоне совместного лазерного облучения компактной коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т и прокатов из карбонильного и электролитического порошка никеля пористостью 35-38%.
Результаты исследования процесса формирования микроструктуры в зоне облучения лазером компактной коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т.
4. Влияние излучения СОг - лазера на фазовые и структурные
превращения и механические свойства компактной коррозионно-стойкой
стали 12Х18Н10Т и прокатов из карбонильного и электролитического
порошка никеля пористостью до 35-38% после их совместной или
раздельной обработки.
Личный вклад автора
Состоит в выборе научно-технического направления исследований, постановке задач исследований, анализе литературных источников, проведении экспериментов и интерпретации полученных результатов, проведение металлографических, физико-механических и прочих исследований. Автор изготовил натурные изделия СПЭ-1, которые прошли с положительным результатом испытания на ОАО «НПП «Звезда».
Достоверность полученных результатов подтверждается
корректностью постановки решаемых задач и их физической обоснованностью, большим объемом экспериментальных данных и
успешной реализацией разработанных технологий в промышленном производстве.
Апробация работы
Основные положения полученных результатов обсуждались на следующих конференциях:
«XIII Нижегородская сессия молодых учёных. Технические науки», г. Н.Новгород, 15-19 февраля, 2007 г; «XIV Нижегородская сессия молодых учёных. Технические науки» г. Н.Новгород, 15-19 февраля, 2008 г; «Научно-методические основы повышения качества подготовки специалистов в области материаловедения и технологии конструкционных материалов», г. Краснодар, 21-23 сентября, 2009 г; Всероссийская молодежная научно -техническая конференция «Авто - НН - 2009», г. Н.Новгород, 19-20 ноября, 2009 г; «XV Нижегородская сессия молодых учёных. Технические науки», г. Н.Новгород, 15-19 февраля, 2010 г; П-я научно-практическая конференция «Заготовительные производства предприятий Волго-Вятского региона», г. Н.Новгород, 21-23 октября, 2010г.
Публикации по теме диссертационной работы изложены в 8-ми работах, в том числе из списка рекомендуемых изданий ВАК, а также имеется патент на полезную модель.
Объем работы
Работа состоит из введения и 5-ти глав, списка литературы
содержащего 92 источника и приложений на 26 листах. Материалы изложены
на страницах, текст содержит 11 таблиц и 73 рисунка.
